LEMBAR LAMPIRAN A
53 PERCOBAAN I
Peragaan Pembangkit Motor Brushless I. Tujuan
mengenal dan memahami prinsip kerja pembangkit motor dc tiga fase(motor brushless/BLDC)
II. Dasar teori
Motor brushless atau motor dc 3 fase memiliki komponen utama rotor sebagai permanen magnet yang berputar dan stator sebagai medan magnet yang menyebabkan rotor berputar. Motor brushless terdiri dari 6 kaki yaitu: 3 kaki sensor hall effect dan 3 kaki input 3 fase. Motor brushless termasuk motor sinkron dikarenakan stator dan rotor motor ini dibangkitkan pada frekuensi yang sama.
Arus dc rangkain harus di supply pada posisi rotor yang ditentukan oleh sensor hall effect dengan teknik komutasi 6 langkah. Sensor posisi hall efek berupa sinyal umpan balik digital 3bit(per bit mewakili masing-masing fase).
Gambar sensor hall efect
Gambar posisi sensor hall effect
Berdasarkan arah putaran motor maka didapat tabel acuan yang akan diset atau diinisialisasi pada saat peragaan.
6 langkah hall sensor Aktif mosfet Phase
A B C A B C
1 1 0 0 PWM(A-high) PWM(B-low) V+ V- off
2 1 1 0 PWM(A-high) PWM(C-low) V+ off V-
3 0 1 0 PWM(B-high) PWM(C-low) off V+ V-
4 0 1 1 PWM(A-low) PWM(B-high) V- V+ off
5 0 0 1 PWM(A-low) PWM(C-high) V- off V+
6 1 0 1 PWM(B-low) PWM(C-high) off V- V+
Modul input komutasi terdapat pada driver motor dimana komutasi bertujuan merubah polaritas arah arus pembangkit agar permanen magnet dapat berputar sesuai yang dikehendaki.
54 Kecepatan motor BLDC di kontrol oleh pemberian tegangan motor yang berurutan(pulsa). Dengan PWM, maka variasi tegangan motor dapat dicapai dengan mengubah duty cycle dari modulasi lebar pulsa.
Gambar pensaklaran masukan PWM terhadap tiap fase
Gambar pemberian tegangan pulsa terhadap fase
Mosfet on/off (Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6)
Metode pengsaklaran/switching pada frekuensi tinggi dengan sinyal yang dibangkitkan oleh mikrokontroler. Potensial rata-rata yang digunakan pada rotor proporsional dengan rasio waktu yaitu:
Kecepatan motor dapat dikontrol dengan mengatur rasio waktu bertambah atau berkurang sehingga kecepatan dapat bertambah atau berkurang.
III. Langkah Peragaan Modul Alat Peragaan 1
Mencocokan posisi bandul berdasarkan sinyal kondisi(led 3 bit) dari sensor hall efek dengan motor
55 C B A 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 B+ C-C+ B-A+ A-IN sensor 1K 1K LED C LED B LED A 1K + LM324/NS + LM324/NS + LM324/NS 200 Vcc 5V gnd input sensor 200
1. Set kontrol masukan power hall pada modul kontrol amati posisi bandul pada LED hall
2. Putar manual motor dengan tangan untuk mengecek posisi sensor 3. Mencocokan posisi bandul dengan 3 led sensor yang menyala hasil
keluaran motor brushless.
Gambar posisi bandul motor
Gambar Posisi bandul konstruksi motor
Table posisi hall effect untuk 1 putaran penuh
HA HB HC
Gambar
Modul sensor
Peragaan 2
Set pembangkit PWM untuk arah putar maju dan mundur motor dengan teknik komutasi 6 langkah kemudian diamati arah putaran dengan mencatat status Led PWM dimana led1(AH), led3(BH), led5(CH) mewakili mosfet atas aktif(mosfet p-chanel IRF9540) yang menunjukan arah arus positif dan led2(AL), led4(BL), led6(CL) mewakili mosfet bawah aktif(mosfet n-chanel IRF540). led1 dan led2 menunjukan fase A, led3 dan led4 menujukan fase B, led5 dan led6 menujukan fase C.
56 Gambar driver motor dan sensor
Berikut dibawah ini tabel kebenaran arah putar maju motor brushless,sebagai berikut:
6 langkah hall sensor Aktif mosfet Phase
A B C A B C 1 0 1 1 AH CL V+ V- 2 0 0 1 AH BL V+ V- 3 1 0 1 CH BL V- V+ 4 1 0 0 CH AL V- V+ 5 1 1 0 BH AL V- V+ 6 0 1 0 BH CL V+ V-
Pensaklaran elektronik menggunakan mosfet tipe-p(mosfet p-chanel) dan tipe-n(mosfet n-chanel), dengan status mosfet tipe P ON(short) saat mendapatkan input logic 0 (low) dan status mosfet tipe N on(short) saat mendapatkan input logic 1(high). Untuk mendapatkan status aktif high pada tipe p digunakan transistor switching tipe npn untuk mengaktifkan mosfet tipe P menjadi ON. Karateristik mosfet dengan arus yang mengalir dari drain ke source memiliki hambatan yang disebut Rds on. Hal ini sangat berpengaruh pada saat arus mengalir pada piranti mosfet. Rds on adalah hambatan dalam mosfet saat arus mengalir pada saat mosfet aktif(ON) sehingga terjadi desipasi daya yang mengakibatkan panas pada mosfet. Hal mempengaruhi kecepatan switching(pensaklaran), Ion(arus yang mengalir saat mosfet aktif), Ton(waktu aktif/ mosdfet short), Toff(waktu tidak aktif/mosfet open), Pon(desipasi daya), Psw(daya waktu pensaklaran), hubungannya:
Pon = Ton/Toff(Ion2 . Rds) C B A V+5 Vin gnd gnd gnd V+5 WH WL VH VL UH UL HW HV HU u+ u- W-w+ v+ v-V+5 gnd 1 2 3 4 5 6 A Vo J6 + LM324/NS C B A R12 10k 40% + V+12 12V + C1 470uF/16 V J4 J3 L324 q15 q13 q11 Q6 IRF540 Q2 IRF540 Q4 IRF540 Q3 IRF9540 Q5 IRF9540 Q1 IRF9540 1k 1k 1k 1k 1k 1k 10K 10K 1K 1K R SENSE 1 R15 150 R14 150 R13 150 200 200 R9 150 R8 150 R7 150 R6 470 R5 470 R4 470 R3 470 R2 470 R1 470 A
57 Psw = ½ Vd. Io. Fs. (Ton + Toff)
Untuk tipe P dapat dilihat persamaannya sebagai berikut:
Vth = -4volt, Vg – Vs = -4volt. Vg = Vs – 4 = 8 volt, maka mosfet tipe P akan ON/ aktif saat Vg < 8 volt dan Off saat Vg > 8volt.
Vg = Re/(Re+470)*12volt, sehingga dapat ditentukan nilai Re. nilai Rg dan Re akan berpengaruh pada waktu Ton dan Toff, dikarenakan di dalam mosfet terdapat kapasitor sehingga Rg akan berpengaruh pada waktu pengisian kapasitor dalam mosfet dan Re berpengaruh pada waktu pengosongan kapasitor, semakin kecil hambatan semakin cepat waktu yang diperlukan dalm pengisian dan pengosongan kapasitor.
Untuk mosfet tipe N akan aktif saat Vg > Vth dan tidak aktif saat Vg < Vth.
Berikut contoh pewaktu 6 langkah fase terhadap sensor hall effect dari microchip dan arah arusnya
S D G S D G RL +V 12V J1 Rb 1k Re 470 Q3 2N3904 R 470 R1 150 IRF540 IRF9540 Vg +V 12V Re 470
58
Gambar arah arus
59 1. Set input tipe komutasi pada alat untuk putar searah jarum jam(maju) atau
sebaliknya(mundur)
2. Amati putaran motor, dan led status aktif mosfet
Tabel hasil peragaan maju dan mundur untuk 1 putaran penuh langkah Aktif mosfet
1 2 3 4 5 6 Peragaan 3
Menset pengontrolan untuk penambahan kecepatan dan mengurangi kecepatan motor menggunakan potensio serta pengereman motor, yaitu dengan menset lebar pulsa atau duty cycle (putar potensio ke kanan ± 300 untuk dutycycle 10%, posisikan potensio ditengah untuk mendapatka duty cycle 50% dan maksimum putaran potensio untuk mendapatkan dutycycle 90%) dan amati dan ukur kecepatan menggunakan stopwatch.
Duty cycle Kecepatan (stopwatch) Maju/cw(detik) Mundur/ccw(detik) 10% 50% 90%
60 MODUL PRAKTIKUM
PERCOBAAN II Karateristik Motor Brushless I. Tujuan
memahami karateristik motor dc tiga fase(motor brushless/BLDC) II. Dasar teori
Motor brushless merupakan motor sinkron yang memiliki spesifikasi penggabungan antara motor dc dan motor induksi 3 fase. Dengan persamaan memiliki belitan stator yang menghasilkan medan putar dan perbedaannya yaitu motor sinkron menggunakan sumber DC sebagai pembangkit, namun motor brushless tidak dapat dibangkitkan hanya dengan pemberian sumber DC. Disamping itu kecepatan motor brushless memiliki presisi kecepatan yang ditentukan oleh jumlah kutub, dengan persamaan sebagai berikut:
Presisi kecepatan motor N, frekuensi sumber F, jumlah kutub P
N = 120(F/P)
Adapun motor brushless memiliki 2 komponen utama yaitu
Rotor – Arus rangkaian stator harus dipasok dengan encoder komutasi pada rotor saat merespon sinyal posisi yang ditentukan dimana Rotor memiliki magnet permanen, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila dihadapkan pada medan magnet lainnya. Hal ini bertujuan menghilangkan kerugian gesek sikat dan komutator.
Stator – kumparan medan stator menghasilkan medan magnet berputar dengan pemberian tegangan berurutan yang sebanding dengan frekuensi yang dipasok. Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan diatas.
BLDC(Brushless Motor) mempunyai banyak keuntungan dibandingkan dengan tipe motor yang biasa (brushed) :
Motor dc tiga fase atau BLDC(brushless motor) mempunyai rangkaian driver yang mengontrol perpindahan arus, maka arus tersebut akan bisa lebih akurat (presisi). Mikrokontroler (simple computer system) juga dapat mengatur kecepatan motor lebih baik sehingga membuat "brushless motor" lebih efisien.
Tidak adanya storing/electrical noise.
Tidak menggunakan "brushes" yang dapat rusak setelah lamanya pemakaian.
Dengan posisi "electromagnets" di bagian "stator", maka pendinginan motor menjadi lebih mudah.
Jumlah "electromagnets" di stator dapat sebanyak mungkin untuk mendapatkan kontrol yang lebih akurat.
Adapun pendekatan teorinya sebagai berikut:
Untuk torsi T dikaitkan dengan fluks фf kuat medan magnet dan Ia arus permanen magnet(rotor) sesuai dengan persamaan berikut:
T=K. Ia. Фf
Hubunga antara kecepatan flux medan dan tegangan motor Gaya electromagnet E = KФN
61 Dimana:
E = gaya electromagnet yang dikembangkan pada terminal motor(volt) Ф = flux medan magnet yang berbanding lurus dengan arus medan N = kecepatan sinkron dalam rpm(putaran per menit)
T= torsi Ia = arus
K = konstanta persamaan
Va = tegangan masukan per fase E = tegangan motor
Ra = resistansi stator Xs = reaktansi sinkronisasi
Ia = arus permanen magnet pada rotor
Hubungan daya dengan torsi pada motor system 3 fase P= T. 2π. Rpm
Power (kW) = torsi (Nm) x 2 phi x rotational speed (RPM) / 60000 P= daya (KW)
T= torsi
6000 dapat diartikan 1 menit= 60 detik, dan untuk mendapatkan KW = 1000 watt Dimana efisiensi η adalah perbandingan dalam persen antara daya masukan dan daya keluaran, serta perhitungan beban motor dengan HP adalah spesifikasi bawaan motor, Beban = Pη/HP*0,7457
III. Langkah Percobaan Peragaan 1
Dalam hal ini motor brushless yang digunakan adalah motor brushless CD-ROM out runner menggunakan 3 sensor hall effect, motor ini berputar per 10° untuk mencapai 1 putaran penuh. Motor terdiri dari permanen magnet 12 kutub utara dan selatan. motor juga memiliki 9 stator lilitan artinya motor terdiri dari 3 lilitan per fase motor, jadi 1 revolusi(360°) = 36 siklus dan 1 siklus =6 langkah. Untuk mencapai 1 putaran penuh (360°) dalam 6 siklus maka motor akan berputar 60° per fase setiap 6 langkah komutasi, sehingga motor memiliki 6 kombinasi posisi sensor yang per fase. Hal ini menunjukan bahwa 6 kombinasi sensor akan berulang sebanyak 36 derajad putar. Untuk tabel kebenarannya seperti dibawah ini:
62 Tabel kebenaran untuk putar maju atau searah jarum jam(cw)
6 langkah hall sensor Aktif mosfet Phase
A B C A B C 1 0 1 1 AH CL V+ V- 2 0 0 1 AH BL V+ V- 3 1 0 1 CH BL V- V+ 4 1 0 0 CH AL V- V+ 5 1 1 0 BH AL V- V+ 6 0 1 0 BH CL V+ V-
Tabel kebenaran untuk putar mundur atau terbalik arah jarum jam(ccw)
6 langkah
hall sensor
Aktif mosfet Phase
A B C A B C 1 0 1 1 CH AL V- V+ 2 0 1 0 CH BL V- V+ 3 1 1 0 AH BL V+ V- 4 1 0 0 AH CL V+ V- 5 1 0 1 BH CL V+ V- 6 0 0 1 BH AL V- V+
1. Penentuan kecepatan motor paling rendah dengan menset PWM(potensio) 2. Amati jumlah derajad putar motor dalam 1 putaran penuh(revolusi)
3. Mencatat posisi led hall effect(led A, led B, led C)yang menyala untuk 1 recolusi
4. Mengukur waktu yang dibutuhkan 1 putaran penuh dengan pwm yang sama untuk putar maju maupun mundur
Table kebenaran waktu yang dibutuhkan untuk 1 putaran penuh Langkah komutasi Ha Hb Hc Waktu maju(detik) Waktu mundur(detik) Jumlah derajad putar motor 6 langkah 18 langkah 36 langkah Peragaan 2
1. Pengukuran keluaran motor berdasarkan hasil umpan balik motor, kemudian menghitung nilai torsi, dan power motor. Untuk pengukuran
63 torsi dapat dilakukan dengan menggunakan prony brake dan untuk menentukan harga torsi dari pengujian adalah
T = 9,8(W2-W1)R (Nm)
Dimana W2 dan W1 adalah skala yang dinyatakan dalam Kg, sedangkan R adalah jari-jari perputaran motor yang dinyatakan dalam meter atau cm .adapun kurva karateristik yang dapat dicapai yaitu:
a. Kurva karateristik arus beban(Ia) sebagai fungsi torsi(T) b. Kurva karateristik tegangan sebagi fungsi torsi(T) c. Kurva karateistik putaran sebagi funsi torsi(T) Tabel pengukura hasil uji motor
Gambar pengujian pengukuran torsi
64
LEMBAR LAMPIRAN B
65
Tampak atas Tampak Depan
